EP1557730A1 - Bodenbearbeitungsgerät sowie Verfahren zu dessen Steuerung - Google Patents

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EP1557730A1
EP1557730A1 EP04029405A EP04029405A EP1557730A1 EP 1557730 A1 EP1557730 A1 EP 1557730A1 EP 04029405 A EP04029405 A EP 04029405A EP 04029405 A EP04029405 A EP 04029405A EP 1557730 A1 EP1557730 A1 EP 1557730A1
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EP
European Patent Office
Prior art keywords
sub
outer contour
soil cultivation
segments
sensor
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP04029405A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Markus Dünne
Harald Mayer
Navid Nourani-Vatani
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Alfred Kaercher SE and Co KG
Original Assignee
Alfred Kaercher SE and Co KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Alfred Kaercher SE and Co KG filed Critical Alfred Kaercher SE and Co KG
Publication of EP1557730A1 publication Critical patent/EP1557730A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Definitions

  • the invention relates to a method for controlling the movement of a mobile Soil cultivation device, wherein the tillage device is self-propelled and self-steering and is a tillage unit, a drive unit and a control unit for controlling the movement of the Soil cultivation device, wherein the control unit at least one Sensor is assigned to detect obstacles and the control unit at least a locomotion pattern for driving on the to be processed Floor surface can be specified.
  • the invention also relates to a self-propelled and self-steering tillage implement for carrying out the method, with a soil treatment unit, a drive unit and a control unit for controlling the Movement of the soil cultivation device, wherein the control unit at least a sensor is assigned to detect obstacles and wherein the Control unit at least one locomotion pattern for driving on the processed Floor surface can be specified.
  • Self-propelled and self-steering tillage equipment allow the Machining, for example, cleaning, a floor surface without the use an operator.
  • the tillage implement will be machined along the Move floor area.
  • the control unit a locomotion pattern, d. H. a direction of travel, be given so that the harrow automatically follows this locomotion pattern, to drive around the surface to be processed as widely as possible.
  • the direction of travel can follow the random principle by the tillage implement after hitting its obstacle
  • the direction of travel changes by a random angle and the selected direction of travel then it retains until it encounters an obstacle again, for example impinges on a wall bounding the bottom surface.
  • a random direction of travel with a given Basic pattern for example a spiral, a meander or a serpentine line
  • a sub-segment of the soil surface to be processed accordingly the prescribed basic pattern and after the complete Covering this sub-segment can then be used in the tillage machine Drive a randomly selected direction to return to follow the basic pattern again for a given distance.
  • the tillage machine be produced inexpensively, since only a few sensors are used have to.
  • the complete processing of the floor space is time-consuming, because a complete area coverage is due to the used approaching coincidence only achieved asymptotically.
  • control unit could adapt to the shape of the floor surface and the obstacles located thereon specially adapted course of travel be specified.
  • the object of the present invention is to provide a method for controlling the Movement of a mobile tillage implement of the aforementioned To develop such a way that a complete coverage with relatively low cost to senoren and computing capacity can be achieved can.
  • This object is according to the invention in a method of the type mentioned solved by the tillage machine with sensors for detecting the outer contour of the floor surface to be worked equips and detects the outer contour of the bottom surface, then the bottom surface divided into individual subsegments and these one after the other by means of a edited according to the movement pattern, according to the Processing of one or more sub-segments the location of Tillage implement based on one or more reference points determined from the sensor data of the outer contour determining sensors.
  • the idea flows in that individual subsegments to one working floor surface even with a low cost of sensors can be cleaned all over the country.
  • the floor area to be worked is therefore subdivided into individual subsegments, for which purpose first the Outside contour of the bottom surface is detected and then made a segmentation becomes.
  • Driving on the individual subsegments is based on a given locomotion pattern. For example, that can Soil cultivation device for processing a sub-segment meandering, be serpentine, spiral or sheet-like procedure.
  • the individual subsegments are traveled as comprehensively as possible, with within a sub-segment occurring obstacles, such as furniture, be bypassed using the obstacle detection sensor.
  • the bottom surface is divided into sub-segments overlapping one another. This can be ensured in a structurally simple manner that between individual processed sub-segments no unprocessed surface areas remain.
  • Method to fit the shape of the sub-segments to the outer contour of Floor area This allows the number of subsegments to be processed be reduced. For example, for a rectangular floor space also rectangular sub-segments are used.
  • the shape of the sub-segments to a predetermined Movement pattern adapts. It is advantageous if one of the control unit specifies several locomotion patterns, the alternative to driving on a sub-segment can be used. This gives the opportunity the sub-segments both to the outer contour of the bottom surface as well as to a adjust given locomotion pattern. For example, you can rectangular sub-segments are selected in a rectangular bottom surface, wherein the individual subsegments are then driven serpentine.
  • honeycomb sub-segments in particular hexagonal subsegments, especially regular hexagons, since these are driven by the tillage equipment spiral, within a short time a complete area coverage can be achieved.
  • Such odometric self-localization of the tillage implement is fundamentally flawed due to the different Slippage of the drive wheels.
  • the sub-segments are chosen so small that already by odometric measurements can ensure that a nationwide and efficient processing is done. After editing one or more subsegments then becomes one of the odometrical data independent self-localization performed.
  • the determination of the outer contour of the ground surface to be worked on various ways are performed, for example with the help of a camera to create a map or by means of a laser beam from the floor cleaning device sent and bounded by the floor area Walls is reflected.
  • the laser beam is fan-shaped over the entire to be processed floor surface emitted, so that on the basis of the respectively determined Distances the outer contour of the bottom surface can be detected.
  • the outer contour of the floor surface for example by means of radar or be determined by means of ultrasonic sensors.
  • Procedure moves the tillage device for determining the Outer contour of the bottom surface of the walls bounding the bottom surface along, while you won while driving through the sensors Sensor data that correlate with the outer contour of the ground surface away and / or stored time-dependent in a memory.
  • the won Sensor data will thus be assigned during the wall tracking drive traveled distance and / or the corresponding travel time stored. For example, it may be provided that during the Wall tracking drive the distance covered and the carried out Direction changes detected and stored in a memory.
  • the tillage implement thus leads to the beginning of processing a floor surface first a ride along the walls bounding the area, and for example, due to the detected distance and performed Changes in direction, the contour can be determined easily.
  • sensor data obtained during the wall tracking drive can and which correlate with the outer contour of the bottom surface, are suitable
  • the soil tillage implement can in this case as constant as possible along the floor surface limiting walls are moved, and which, for example, at intervals from about 50 ms to about 500 ms recorded distance data can be time-dependent, d. H. be assigned with the assignment of the respective travel time. From the Distance data obtained in this way can then easily determine the outer contour the floor area are determined.
  • the direction changes can in this case by means of the drive wheels of the harrow assigned encoder can be detected in a structurally simple way, because at a change of direction, the drive wheels lead a different Number of turns through, so that due to the different RPM with very little software effort a Direction change of the tillage implement can be detected, d. H. it is possible to calculate the angle by which the direction of travel changes.
  • the Tillage device again along one or more of the bottom surface limiting walls moves and the location of the soil cultivator from the comparison of during the initial wall tracking ride obtained sensor data with after processing of at least determined sensor data obtained a sub-segment. Because of it obtained position information can then from the soil cultivation device not yet processed sub-segment driven and this subsequently to be edited.
  • the inventive method is particularly suitable for control a floor cleaning device.
  • Object of the present invention is also a self-propelled and Self-controlling soil cultivation device of the type mentioned above for To provide implementation of the method.
  • a soil cultivation device of the generic type Art solved in that the tillage device sensors for detecting the outer contour of the bottom surface, that means the control unit, the bottom surface segmentable into sub-segments and the Subsegments successively based on a given locomotion pattern drivable and workable, and that the tillage equipment a locator member for determining the position of the harrow based on one or more reference points, derived from the Sensor data of the outer contour detecting sensors can be determined.
  • Such an embodiment of the soil cultivation device allows a Segmentation of the ground surface to be worked on and self-localization the tillage device, wherein sensory detected for localization Reference points, d. H. natural landmarks, the outer contour of the floor area can be used.
  • control unit has a memory element for storing several locomotion patterns, depending on the detected Outer contour of the bottom surface and / or the shape of the sub-segments certain locomotion pattern is automatically selectable.
  • the bottom surface can be segmented into sub-segments, wherein the segmentation depending on the detected outer contour of the Floor surface can be made.
  • the individual subsegments can then processed nationwide with predetermined direction of travel course become.
  • locomotion patterns For example, spiral, meandering, serpentine and fan-shaped locomotion patterns are given, and in adaptation to the outer contour of the bottom surface and / or the shape of the sub-segments can automatically selects a locomotion pattern by means of the control unit with which help the subsegments within the shortest possible time can be processed nationwide.
  • the tillage implement comprises for detecting the outer contour the bottom surface at least one non-contact distance sensor for Determining a distance that the soil tillage implement to the ground surface enclosing walls.
  • the distance sensor can during an initial wall-tracking ride in even temporal Distances, for example at intervals of 100 ms, obtained distance data which allow an outer contour determination as well as the determination of reference points by taking the obtained distance data a sequence will be extracted that will be obtained at a later date Distance data are compared.
  • the tillage implement each have a drive wheel associated encoder to determine the number of revolutions of the Has drive wheels.
  • the distance sensor can be constructive easy way to do a wall tracking drive, and by means of The encoder can measure the distance traveled as well as shape and number of carried out direction changes in a structurally simple way be detected. This not only determines the contour of the floor surface but it may be due to the direction changes made also reference points are determined.
  • the distance sensor preferably comprises an infrared transmitter and a Infrared receiver.
  • a radar unit, an ultrasonic sensor or a laser sensor may be provided.
  • the location of the harrow is in a preferred embodiment by means of the localization member from the comparison of during After an initial wall-tracking cruise sensor data obtained after the processing of at least one sub-segment obtained sensor data determinable. This gives the possibility after editing one or more several subsegments the tillage device in the direction of a Floor surface limiting wall to proceed and then a renewed To carry out wall-tracking drive to from the comparison of won Sensor data to determine the position of the soil tillage implement.
  • the harrow is preferably as a mobile floor cleaning device fitted.
  • the soil working unit can be a suction unit and / or a sweeping unit comprise for sucking and / or sweeping the floor surface.
  • a wiper or scrubbing unit be provided.
  • wiping can be an electrostatically chargeable Wiper element are used, for example, a rechargeable wiper.
  • FIGs 1 and 2 is a schematic of an inventive tillage machine in the form of a total occupied by the reference numeral 10 floor cleaning device shown.
  • the floor cleaning device 10 is self-propelled and self-regulating designed and allows autonomous cleaning a floor area. It comprises a chassis 12, to which a common Rotary axis rotatably two drive wheels 14, 16 are mounted, each having a Drive motor 18 and 19 is assigned.
  • the drive motors 18, 19 are on Chassis 12 and held via control lines 21 and 22 with a Control unit 24 and known per se, not shown in the drawing electric batteries in electrical connection.
  • the drive wheels 14, 16 and the associated drive motors 18 and 19 form a drive unit of the floor cleaning device 10.
  • the chassis 12 has a dirt inlet opening at the a transverse to the main direction of movement 26 of the floor cleaning device 10th aligned brush roll 28 with a plurality of radially aligned Brushes 29 is rotatably supported.
  • the brushes 29 can be cleaned from a Soil surface 30 Dirt picked up and placed in a dirt collector be transferred from a lid 32 of the floor cleaning device 10 is covered.
  • the known and therefore in the drawing Dirt container, not shown, is also available to a person skilled in the art known and therefore not shown in the drawing suction unit in Flow connection, with the aid of which in the region of the brush roller 28th adjacent dirty inlet opening a suction flow in the direction of the Dirt container can be generated.
  • the brush roller 28 forms a block diagram in combination with the suction unit in FIG shown floor cleaning unit 34, which via control lines 35 with the Control unit 24 is coupled.
  • the chassis is completely circumferentially from an obstacle detection sensor surrounded in the form of a Tastringes 37, known in per se and therefore not shown in the drawing with at least one Hall sensor coupled and floating.
  • an obstacle detection sensor surrounded in the form of a Tastringes 37, known in per se and therefore not shown in the drawing with at least one Hall sensor coupled and floating.
  • the assigned Hall sensor may be a relative movement of the sensing ring 37 relative to the Chassis 12 are detected.
  • Such a relative movement results in Impact of the floor cleaning device 10 on an obstacle.
  • Kick one Relative movement on so an obstacle detection signal is generated and transmitted via a signal line 38 to the control unit 24. Due to the Obstacle detection signal can be used by the control unit 24 to bypass the Obstacle a change of direction can be done by the Drive motors 18, 19 are driven to a change in direction.
  • a distance sensor in the form of an infrared transmitter / receiver unit 40 arranged over a signal line 41 with the Control unit 24 is connected. From the infrared transmitting / receiving unit 40 the control unit 24 is provided a distance signal, so that the Control unit 24, the floor cleaning device 10 to a ride with a constant Distance to an obstacle, in particular to a floor area 30 limiting wall, can control.
  • the drive wheels 14, 16 are each assigned an encoder 43 or 44, the the revolutions of the respective drive wheel 14 and 16 detected and the Control unit 24 in each case via a signal line 45 and 46, an encoder signal provides.
  • the control unit 24 has a computing unit 48 to which the encoder signals be fed and that from these from the floor cleaning device 10 distance traveled and any changes in direction determined.
  • Direction changes can be due to the different Number of revolutions of the two drive wheels 14 and 16 in a simple manner be recognized. Occurring changes of direction, d. H. the angle to the the direction of travel changes, and their respective distances to each other can be stored in a first memory member 50 of the control unit 24 become.
  • a second memory member 52 of the control unit 24 may have multiple locomotion patterns be stored, which is optional for controlling the movement of the floor cleaning device 10 can be used. So for example, helical, meandering, serpentine and fan-shaped directions of travel as locomotion pattern in the memory element 52 are stored. As explained below, such come Locomotion pattern for driving on a sub-segment of the to be cleaned Floor space 30 is used.
  • the control unit 24 has a locating member 54, by means of which a Self-localization of the floor cleaning device 10 can be performed.
  • the localization member 54 is in this case with the first storage member 50 in electrical connection as well as with the computing element 48. As below is explained in more detail, can occur in a wall tracking drive Direction changes with stored in the first memory element 50 direction changes and their respective distances are compared. The sequence such changes in direction allows the localization member 54, to detect the position of the harrow 10.
  • a cleaning drive of the floor cleaning device 10 drives the floor cleaning device 10, starting from any starting point 60 first in any Direction until it impinges on a bottom surface 30 delimiting wall 61. Then it drives at a constant distance to the bottom surface 30th along limiting walls, it runs in the given embodiment that is, on the walls 61 to 68 along which the bottom surface 30 in the circumferential direction limit. Starting from the wall 61, it initially drives in the direction on the wall 62.
  • the floor cleaning device 10 hits again on the wall 61, wherein it performs a direction change h, then again parallel to the wall 61st to drive until it hits the wall 62 again.
  • the respective direction changes a to h are in the form of the respective angles around which the Changing directions, stored in the first memory member 50 together with the respective distances that are between the respective direction changes Set a to h.
  • the initial wall tracking run is carried out by the floor cleaning apparatus 10 performed until after it has completely bypassed the floor area 30 due to then repeating in the further wall tracking Directional changes a, b and c detect that the floor surface 30 is complete has driven around.
  • the computing element 48 determines the contour of the bottom surface 30. Then the floor surface becomes 30 segmented honeycomb, as shown in Figure 4, by the bottom surface 30 is divided into sub-segments 70, the bottom surface 30 in their Completely cover the whole.
  • the sub-segments 70 can be here overlap each other, this is in Figure 4 to achieve a better overview not shown.
  • a first sub-segment 70 using a stored in the second memory element 52 predetermined direction of travel course traveled and cleaned area-wide. This can, for example a spiral course of travel are used, as he 4 can be seen. If necessary, obstacles will arise drive around, this is not in Figure 4 to achieve a better overview shown.
  • the localization of the floor cleaning device takes place 10 by means of the encoder 43 and 44, d. H. the position determination within a sub-segment 70 takes place odometrically on the basis of the drive wheels 14 and 16 traveled distance and the occurring Changes in direction. This localization is however with a not inconsiderable Error connected.
  • the floor cleaning device 10 therefore leads after the area-wide cleaning of a first sub-segment 70 again a wall tracking drive, as shown in Figure 4, wherein here occurring direction changes d ', e', f from the localization member 54 with the already stored in the first memory element 50 direction changes be compared.
  • the localization member recognizes that the direction changes d ', e' and f 'and their respective distances with the corresponding Directional changes d, e and f or their distances are identical, which were detected during the initial wall-tracking trip. From the Sequence of changes of direction detected after the processing of a subsegment Thus, the floor cleaning device 10 can be structurally simple Determine its absolute position, so that subsequently a not yet processed Drive segment 70 and cleaned area-wide can. The cleaning of the second sub-segment then closes again a self-localization with the help of reference points, changes of direction stored during the first wall tracking run at. In this way, within a relatively short time the floor surface 30 are cleaned area-wide, with a multiple Processing of sub-segments is avoided.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung der Bewegung eines mobilen Bodenbearbeitungsgerätes, das selbstfahrend und selbstlenkend ausgestaltet ist und eine Bodenbearbeitungseinheit, eine Antriebseinheit und eine Steuereinheit aufweist, wobei der Steuereinheit zumindest ein Fühler zugeordnet ist zum Erkennen von Hindernissen. Um das Verfahren derart weiterzubilden, daß eine vollständige Flächendeckung mit verhältnismäßig geringem Aufwand an Sensoren und an Rechenkapazität erzielt werden kann, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß man das Bodenbearbeitungsgerät mit Sensoren zum Erfassen von der Außenkontur der zu bearbeitenden Bodenfläche ausstattet und die Aubenkontur der Bodenfläche erfaßt, sie dann einzelne Teilsegmente (70) unterteilt und diese nacheinander anhand eines vorgegebenen Fortbewegungsmusters bearbeitet, wobei man nach der Bearbeitung von einem oder von mehreren Teilsegmenten die Lage des Bodenbearbeitungsgerätes anhand von einem oder von mehreren Referenzpunkten ermittelt, die man aus den Sensordaten der die Außenkontur erfassenden Sensoren bestimmt. Außerdem wird ein Bodenbearbeitungsgerät zur Durchführung des Verfahrens vorgeschlagen. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung der Bewegung eines mobilen Bodenbearbeitungsgerätes, wobei das Bodenbearbeitungsgerät selbstfahrend und selbstlenkend ausgestaltet ist und eine Bodenbearbeitungseinheit, eine Antriebseinheit und eine Steuereinheit zum Steuern der Bewegung des Bodenbearbeitungsgerätes aufweist, wobei der Steuereinheit zumindest ein Fühler zugeordnet ist zum Erkennen von Hindernissen und wobei der Steuereinheit zumindest ein Fortbewegungsmuster zum Befahren der zu bearbeitenden Bodenfläche vorgebbar ist.
Die Erfindung betrifft außerdem ein selbstfahrendes und selbststeuerndes Bodenbearbeitungsgerät zur Durchführung des Verfahrens, mit einer Bodenbearbeitungseinheit, einer Antriebseinheit und einer Steuereinheit zum Steuern der Bewegung des Bodenbearbeitungsgerätes, wobei der Steuereinheit zumindest ein Fühler zugeordnet ist zum Erkennen von Hindernissen und wobei der Steuereinheit zumindest ein Fortbewegungsmuster zum Befahren der zu bearbeitenden Bodenfläche vorgebbar ist.
Selbstfahrende und selbststeuernde Bodenbearbeitungsgeräte ermöglichen die Bearbeitung, beispielsweise die Reinigung, einer Bodenfläche ohne den Einsatz einer Bedienungsperson. Das Bodenbearbeitungsgerät wird entlang der zu bearbeitenden Bodenfläche verfahren. Hierzu kann der Steuereinheit ein Fortbewegungsmuster, d. h. ein Fahrtrichtungsverlauf, vorgegeben werden, so daß das Bodenbearbeitungsgerät selbsttätig diesem Fortbewegungsmuster folgt, um die zu bearbeitende Bodenfläche möglichst flächendeckend zu befahren. Der Fahrtrichtungsverlauf kann beispielsweise dem Zufallsprinzip folgen, indem das Bodenbearbeitungsgerät nach dem Auftreffen auf ein Hindernis seine Fahrtrichtung um einen zufälligen Winkel ändert und die so gewählte Fahrtrichtung dann solange beibehält, bis es erneut auf ein Hindernis, beispielsweise auf eine die Bodenfläche begrenzende Wand auftrifft. Es kann auch vorgesehen sein, daß ein zufälliger Fahrtrichtungsverlauf mit einem vorgegebenen Grundmuster, beispielsweise einer Spirale, einem Mäander oder einer Schlangenlinie, kombiniert wird, wie dies in der DE 198 49 978 C2 beschrieben ist. In diesem Falle wird ein Teilsegment der zu bearbeitenden Bodenfläche entsprechend dem vorgegebenen Grundmuster befahren, und nach der vollständigen Überdeckung dieses Teilsegmentes kann dann das Bodenbearbeitungsgerät in eine nach dem Zufallsprinzip ausgewählte Richtung fahren, um nach Zurücklegung einer vorgegebenen Wegstrecke erneut dem Grundmuster zu folgen. Bei Einsatz derartiger Fortbewegungsmuster kann das Bodenbearbeitungsgerät kostengünstig hergestellt werden, da nur wenige Sensoren zum Einsatz kommen müssen. Allerdings ist die vollständige Bearbeitung der Bodenfläche zeitaufwendig, denn eine vollständige Flächendeckung wird aufgrund des zum Einsatz kommenden Zufallsprinzips nur asymptotisch erreicht.
In der EP 0 382 693 B1 wird vorgeschlagen, ein Teilsegment der zu bearbeitenden Bodenfläche anhand eines vorgegebenen Fahrtrichtungsverlaufs flächendeckend zu befahren und danach das Bodenbearbeitungsgerät in eine durch möglicherweise auftretende Hindernisse sowie das vorgegebene Grundmuster definierte Richtung zu verfahren, um dann erneut dem Grundmuster zu folgen. Eine derartige Fahrstrategie erfordert den Einsatz verbesserter Sensoren sowie einer nicht unbeträchtlichen Rechenkapazität für die Steuereinheit, und dennoch ist eine vollständige Flächendeckung nur mit beträchtlichem Zeitaufwand zu erzielen.
Um eine vollständige Flächendeckung innerhalb verhältnismäßig kurzer Zeit erzielen zu können, könnte der Steuereinheit eine an die Form der Bodenfläche und die darauf befindlichen Hindernisse speziell angepaßter Fahrtrichtungsverlauf vorgegeben werden. Dies würde allerdings einen ganz erheblichen sensorischen Aufwand erfordern, außerdem wäre es softwaretechnisch schwierig, alle Eventualitäten der möglichen Umgebungsgeometrie zu berücksichtigen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur Steuerung der Bewegung eines mobilen Bodenbearbeitungsgerätes der eingangs genannten Art derart weiterzubilden, daß eine vollständige Flächendeckung mit verhältnismäßig geringem Aufwand an Senoren und an Rechenkapazität erzielt werden kann.
Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß man das Bodenbearbeitungsgerät mit Sensoren zum Erfassen von der Außenkontur der zu bearbeitenden Bodenfläche ausstattet und die Außenkontur der Bodenfläche erfaßt, die Bodenfläche dann in einzelne Teilsegmente unterteilt und diese nacheinander anhand eines vorgegebenen Fortbewegungsmusters bearbeitet, wobei man nach der Bearbeitung von einem oder von mehreren Teilsegmenten die Lage des Bodenbearbeitungsgerätes anhand von einem oder von mehreren Referenzpunkten ermittelt, die man aus den Sensordaten der die Außenkontur erfassenden Sensoren bestimmt.
In die Erfindung fließt der Gedanke mit ein, daß einzelne Teilsegmente einer zu bearbeitenden Bodenfläche selbst mit einem geringen Aufwand an Sensoren flächendeckend gereinigt werden können. Die zu bearbeitende Bodenfläche wird daher in einzelne Teilsegmente unterteilt, wobei hierzu zunächst die Außenkontur der Bodenfläche erfaßt wird und dann eine Segmentierung vorgenommen wird. Dies gibt die Möglichkeit, eine verhältnismäßig kleine Bodenfläche in nur wenige Teilsegmente zu unterteilen, während eine große Bodenfläche in eine Vielzahl von Teilsegmente gegliedert wird, die nacheinander bearbeitet werden können. Das Befahren der einzelnen Teilsegmente erfolgt anhand eines vorgegebenen Fortbewegungsmusters. Beispielsweise kann das Bodenbearbeitungsgerät zur Bearbeitung eines Teilsegmentes mäanderförmig, schlangenlinienförmig, spiralförmig oder flächenförmig verfahren werden.
Um zu vermeiden, daß einzelne Teilsegmente mehrmals befahren werden, führt das Bodenbearbeitungsgerät nach dem Bearbeiten von einem oder mehreren Teilsegmenten eine Selbstreferenzierung oder Selbstlokalisation durch, indem es seine Lage anhand von Referenzpunkten ermittelt. Die Referenzpunkte werden aus den Sensordaten bestimmt, die von den die Außenkontur der Bodenfläche erfassenden Sensoren gewonnen werden. Anhand der durch Selbstreferenzierung gewonnenen Information über seine Lage kann dann das Bodenbearbeitungsgerät ein noch nicht bearbeitetes Teilsegment ansteuern und dieses anschließend bearbeiten, so daß letztlich innerhalb verhältnismäßig kurzer Zeit eine flächendeckende Bearbeitung der gesamten Bodenfläche erzielt wird, wobei das mehrmalige Bearbeiten einzelner Teilsegmente vermieden werden kann.
Die einzelnen Teilsegmente werden möglichst flächendeckend befahren, wobei innerhalb eines Teilsegmentes auftretende Hindernisse, beispielsweise Möbelstücke, unter Einsatz des Hinderniserkennungsfühlers umfahren werden.
Vorzugsweise unterteilt man die Bodenfläche in einander überlappende Teilsegmente. Dadurch kann auf konstruktiv einfache Weise sichergestellt werden, daß zwischen einzelnen bearbeiteten Teilsegmenten keine unbearbeiteten Flächenbereiche verbleiben.
Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens paßt man die Form der Teilsegmente an die Außenkontur der Bodenfläche an. Dadurch kann die Anzahl der zu bearbeitenden Teilsegmente verringert werden. Beispielsweise können für eine rechteckige Bodenfläche auch rechteckige Teilsegmente zum Einsatz kommen.
Günstig ist es, wenn man die Form der Teilsegmente an ein vorgegebenes Fortbewegungsmuster anpaßt. Hierbei ist es vorteilhaft, wenn man der Steuereinheit mehrere Fortbewegungsmuster vorgibt, die alternativ zum Befahren eines Teilsegmentes zum Einsatz kommen können. Dies gibt die Möglichkeit, die Teilsegmente sowohl an die Außenkontur der Bodenfläche als auch an ein vorgegebenes Fortbewegungsmuster anzupassen. Beispielsweise können rechteckige Teilsegmente bei einer rechteckigen Bodenfläche gewählt werden, wobei die einzelnen Teilsegmente dann schlangenlinienförmig befahren werden.
Als besonders günstig haben sich wabenförmige Teilsegmente, insbesondere sechseckförmige Teilsegmente, vor allem regelmäßige Sechsecke herausgestellt, da diese vom Bodenbearbeitungsgerät spiralförmig befahren werden, wobei innerhalb kurzer Zeit eine vollständige Flächendeckung erzielbar ist.
Um auf konstruktiv einfache Weise eine möglichst flächendeckende Bearbeitung der einzelnen Teilsegmente zu erzielen, ist es von Vorteil, wenn man zum Befahren eines Teilsegmentes die innerhalb des Teilsegmentes zurückgelegte Wegstrecke sowie die durchgeführten Richtungsänderungen erfaßt und zur Navigation des Bodenbearbeitungsgerätes innerhalb des Teilsegmentes heranzieht. Die Ortsbestimmung des selbstfahrenden und selbststeuernden Bodenbearbeitungsgerätes erfolgt somit innerhalb eines Teilsegmentes odometrisch, indem man die Position und die Fahrtrichtung des Bodenbearbeitungsgerätes aufgrund der gemessenen zurückgelegten Wegstrecke und der vorgenommenen Fahrtrichtungsänderungen bestimmt. Hierzu kann vorgesehen sein, daß den Antriebsrädern des Bodenbearbeitungsgerätes jeweils ein Encoder zugeordnet ist, mit dessen Hilfe die Anzahl der Umdrehungen der Antriebsräder bestimmt und daraus die zurückgelegte Wegstrecke berechnet werden kann. Eine derartige odometrische Selbstlokalisierung des Bodenbearbeitungsgerätes ist grundsätzlich mit einem Fehler behaftet aufgrund des unterschiedlichen Schlupfes der Antriebsräder. Beim erfindungsgemäßen Verfahren können allerdings die Teilsegmente so klein gewählt werden, daß bereits durch odometrische Messungen sichergestellt werden kann, daß eine flächendeckende und effiziente Bearbeitung erfolgt. Nach der Bearbeitung von einem oder mehreren Teilsegmenten wird dann eine von den odometrischen Daten unabhängige Selbstlokalisierung durchgeführt.
Die Bestimmung der Außenkontur der zu bearbeitenden Bodenfläche kann auf vielfältige Weise durchgeführt werden, beispielsweise mit Hilfe einer Kamera zum Erstellen einer Karte oder auch mittels eines Laserstrahles, der vom Bodenreinigungsgerät ausgesandt und von den die Bodenfläche begrenzenden Wänden reflektiert wird. Der Laserstrahl wird fächerförmig über die gesamte zu bearbeitende Bodenfläche ausgesandt, so daß anhand der jeweils ermittelten Entfernungen die Außenkontur der Bodenfläche erfaßt werden kann.
Alternativ kann die Außenkontur der Bodenfläche beispielsweise mittels Radar oder mittels Ultraschallsensoren bestimmt werden.
Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens verfährt man das Bodenbearbeitungsgerät zur Bestimmung der Außenkontur der Bodenfläche an den die Bodenfläche begrenzenden Wänden entlang, wobei man während der Fahrt mittels der Sensoren gewonnene Sensordaten, die mit der Außenkontur der Bodenfläche korrelieren, wegund/oder zeitabhängig in einem Speicher abspeichert. Die gewonnenen Sensordaten werden somit unter Zuordnung der während der Wandverfolgungsfahrt zurückgelegten Wegstrecke und/oder der entsprechenden Fahrtzeit abgespeichert. So kann beispielsweise vorgesehen sein, daß man während der Wandverfolgungsfahrt die zurückgelegte Wegstrecke und die durchgeführten Richtungsänderungen erfaßt und in einem Speicher abspeichert. Das Bodenbearbeitungsgerät führt somit zu Beginn der Bearbeitung einer Bodenfläche zunächst eine Fahrt entlang der die Fläche begrenzenden Wänden aus, und beispielsweise aufgrund der erfaßten Wegstrecke und der durchgeführten Richtungsänderungen kann die Kontur auf einfache Weise bestimmt werden.
Als Sensordaten, die während der Wandverfolgungsfahrt gewonnen werden können und die mit der Außenkontur der Bodenfläche korrelieren, eignen sich beispielsweise auch Abstandsdaten, die von einem den Abstand des Bodenbearbeitungsgerätes zu der jeweiligen Wand erfassenden Sensor bereitgestellt und zeitabhängig abgespeichert werden. Das Bodenbearbeitungsgerät kann hierbei in möglichst gleichbleibendem Abstand entlang der die Bodenfläche begrenzenden Wände verfahren werden, und die beispielsweise in Intervallen von etwa 50 ms bis ca. 500 ms erfaßten Abstandsdaten können zeitabhängig, d. h. unter Zuordnung der jeweiligen Fahrtzeit, abgespeichert werden. Aus den so gewonnenen Abstandsdaten kann dann auf einfache Weise die Außenkontur der Bodenfläche bestimmt werden.
Eine Wandverfolgungsfahrt zu Beginn der Bearbeitung einer Bodenfläche hat auch den Vorteil, daß man aus den während der Fahrt des Bodenbearbeitungsgerätes entlang der die Bodenfläche begrenzenden Wänden gewonnenen Sensordaten zur Bestimmung von Referenzpunkten einzelne oder mehrere Sensordaten extrahieren kann. Die Referenzpunkte können dann nach der Bearbeitung einer oder mehrerer Teilsegmente zur Selbstlokalisierung des Bodenbearbeitungsgerätes eingesetzt werden. Derartige Referenzpunkte bilden natürliche Landmarken, die von der Außenkontur der Bodenfläche vorgegeben sind und die Selbstlokalisierung des Bodenbearbeitungsgerätes ermöglichen.
Wie bereits erläutert, stellen beispielsweise die während einer Wandverfolgungsfahrt durchgeführten Richtungsänderungen Sensordaten dar, die mit der Außenkontur der Bodenfläche korrelieren. Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens extrahiert man zur Bestimmung von Referenzpunkten einzelne oder mehrere der durchgeführten Richtungsänderungen des Bodenbearbeitungsgerätes während seiner Fahrt entlang der die Bodenfläche begrenzenden Wände. Die Richtungsänderungen können hierbei mittels den Antriebsrädern des Bodenbearbeitungsgerätes zugeordneten Encoder auf konstruktiv einfache Weise erfaßt werden, denn bei einer Richtungsänderung führen die Antriebsräder einer unterschiedliche Anzahl von Umdrehungen durch, so daß aufgrund der unterschiedlichen Umdrehungszahl mit sehr geringem softwaremäßigem Aufwand eine Richtungsänderung des Bodenbearbeitungsgerätes erfaßt werden kann, d. h. es kann der Winkel berechnet werden, um den sich die Fahrtrichtung ändert.
Zur Bestimmung von Referenzpunkten kann auch vorgesehen sein, daß man einzelne oder mehrere Abstandsdaten, die während der anfänglichen Wandverfolgungsfahrt gewonnen wurden, extrahiert und als natürliche Landmarken einsetzt. Diese können dann mit zu einem späteren Zeitpunkt bei einer erneuten Wandverfolgungsfahrt gewonnenen Abstandsdaten verglichen werden zur Selbstlokalisierung des Bodenbearbeitungsgerätes.
Wie bereits erläutert, ermöglicht es die Bestimmung der Referenzpunkte, nach der Bearbeitung von einem oder mehreren Teilsegmenten eine Selbstlokalisierung des Bodenbearbeitungsgerätes durchzuführen. Hierbei ist es günstig, wenn man nach der Bearbeitung von einem oder mehreren Teilsegmenten das Bodenbearbeitungsgerät erneut entlang von einer oder mehreren die Bodenfläche begrenzenden Wänden verfährt und die Lage des Bodenbearbeitungsgerätes aus dem Vergleich von während der anfänglichen Wandverfolgungsfahrt gewonnenen Sensordaten mit nach der Bearbeitung von mindestens einem Teilsegment gewonnenen Sensordaten bestimmt. Aufgrund der somit gewonnenen Lageinformation kann dann vom Bodenbearbeitungsgerät ein noch nicht bearbeitetes Teilsegment angesteuert und dieses anschließend bearbeitet werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich insbesondere zur Steuerung eines Bodenreinigungsgerätes.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es auch, ein selbstfahrendes und selbststeuerndes Bodenbearbeitungsgerät der eingangs genannten Art zur Durchführung des Verfahrens bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird bei einem Bodenbearbeitungsgerät der gattungsgemäßen Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Bodenbearbeitungsgerät Sensoren zum Erfassen der Außenkontur der Bodenfläche aufweist, daß mittels der Steuereinheit die Bodenfläche in Teilsegmente segmentierbar und die Teilsegmente nacheinander anhand eines vorgegebenen Fortbewegungsmusters befahrbar und bearbeitbar sind, und daß das Bodenbearbeitungsgerät ein Lokalisierungsglied umfaßt zum Bestimmen der Lage des Bodenbearbeitungsgerätes anhand von einem oder mehreren Referenzpunkten, die aus den Sensordaten der die Außenkontur erfassenden Sensoren bestimmbar sind.
Eine derartige Ausgestaltung des Bodenbearbeitungsgerätes ermöglicht eine Segmentierung der zu bearbeitenden Bodenfläche und eine Selbstlokalisierung des Bodenbearbeitungsgerätes, wobei zur Lokalisierung sensorisch erfaßte Referenzpunkte, d. h. natürliche Landmarken, der Außenkontur der Bodenfläche herangezogen werden können.
Günstig ist es, wenn die Steuereinheit ein Speicherglied zum Abspeichern mehrerer Fortbewegungsmuster umfaßt, wobei in Abhängigkeit von der erfaßten Außenkontur der Bodenfläche und/oder der Form der Teilsegmente ein bestimmtes Fortbewegungsmuster selbsttätig auswählbar ist. Mittels der Steuereinheit kann die Bodenfläche in Teilsegmente segmentiert werden, wobei die Segmentierung in Abhängigkeit von der erfaßten Außenkontur der Bodenfläche vorgenommen werden kann. Die einzelnen Teilsegmente können dann mit vorgegebenem Fahrtrichtungsverlauf flächendeckend bearbeitet werden. Hierzu können im Speicherglied mehrere Fortbewegungsmuster, beispielsweise spiralförmige, mäanderförmige, schlangenlinienförmige und fächerförmige Fortbewegungsmuster vorgegeben werden, und in Anpassung an die Außenkontur der Bodenfläche und/oder die Form der Teilsegmente kann mittels der Steuereinheit selbsttätig ein Fortbewegungsmuster ausgewählt werden, mit dessen Hilfe die Teilsegmente innerhalb möglichst kurzer Zeit flächendeckend bearbeitet werden können.
Vorzugsweise umfaßt das Bodenbearbeitungsgerät zum Erfassen der Außenkontur der Bodenfläche zumindest einen berührungslosen Abstandssensor zur Ermittlung eines Abstandes, den das Bodenbearbeitungsgerät zu die Bodenfläche begrenzenden Wänden einnimmt. Mittels des Abstandssensors können während einer anfänglichen Wandverfolgungsfahrt in gleichmäßigen zeitlichen Abständen, beispielsweise in Abständen von 100 ms, Abstandsdaten gewonnen werden, die eine Außenkonturbestimmung ermöglichen sowie auch die Bestimmung von Referenzpunkten, indem aus den gewonnenen Abstandsdaten eine Sequenz extrahiert wird, die mit zu einem späteren Zeitpunkt gewonnenen Abstandsdaten verglichen werden.
Von Vorteil ist es, wenn das Bodenbearbeitungsgerät jeweils einem Antriebsrad zugeordnete Encoder zur Ermittlung der Anzahl der Umdrehungen der Antriebsräder aufweist. Mittels des Abstandssensors kann auf konstruktiv einfache Weise eine Wandverfolgungsfahrt durchgeführt werden, und mittels der Encoder können die zurückgelegte Wegstrecke sowie Form und Anzahl der durchgeführten Fahrtrichtungsänderungen auf konstruktiv einfache Weise erfaßt werden. Damit kann nicht nur die Kontur der Bodenfläche bestimmt werden, sondern es können aufgrund der durchgeführten Fahrtrichtungsänderungen auch Referenzpunkte bestimmt werden.
Der Abstandssensor umfaßt vorzugsweise einen Infrarotsender sowie einen Infrarotempfänger. Alternativ und/oder ergänzend können eine Radareinheit, ein Ultraschallsensor oder auch ein Lasersensor vorgesehen sein.
Die Lage des Bodenbearbeitungsgerätes ist bei einer bevorzugten Ausführungsform mittels des Lokalisierungsgliedes aus dem Vergleich von während einer anfänglichen Wandverfolgungsfahrt gewonnenen Sensordaten mit nach der Bearbeitung von mindestens einem Teilsegment gewonnenen Sensordaten bestimmbar. Dies gibt die Möglichkeit, nach der Bearbeitung von einem oder mehreren Teilsegmenten das Bodenbearbeitungsgerät in Richtung auf eine die Bodenfläche begrenzende Wand zu verfahren und anschließend eine erneute Wandverfolgungsfahrt durchzuführen, um aus dem Vergleich der gewonnenen Sensordaten die Lage des Bodenbearbeitungsgerätes zu bestimmen.
Das Bodenbearbeitungsgerät ist vorzugsweise als mobiles Bodenreinigungsgerät ausgestattet. Hierzu kann die Bodenbearbeitungseinheit eine Saugeinheit und/oder eine Kehreinheit umfassen zum Absaugen und/oder Kehren der Bodenfläche. Alternativ und/oder ergänzend können eine Wisch- oder Schrubbeinheit vorgesehen sein. Zum Wischen kann ein elektrostatisch aufladbares Wischelement zum Einsatz kommen, beispielsweise ein aufladbares Wischtuch.
Die nachfolgende Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung dient im Zusammenhang mit der Zeichnung der näheren Erläuterung. Es zeigen:
Figur 1:
eine schematische Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Bodenbearbeitungsgerätes;
Figur 2:
ein Blockdiagramm des Steuersystems des Bodenbearbeitungsgerätes;
Figur 3:
eine Veranschaulichung des Fahrtrichtungsverlaufes des Bodenbearbeitungsgerätes zu Beginn der Bearbeitung einer Bodenfläche und
Figur 4:
eine Veranschaulichung des Fahrtrichtungsverlaufes des Bodenbearbeitungsgerätes zur flächendeckenden Bearbeitung einer Bodenfläche.
In den Figuren 1 und 2 ist schematisch ein erfindungsgemäßes Bodenbearbeitungsgerät in Form eines insgesamt mit dem Bezugszeichen 10 belegten Bodenreinigungsgerätes dargestellt. Das Bodenreinigungsgerät 10 ist selbstfahrend und selbststeuernd ausgestaltet und ermöglicht die autonome Reinigung einer Bodenfläche. Es umfaßt ein Fahrwerk 12, an dem um eine gemeinsame Drehachse drehbar zwei Antriebsräder 14, 16 gelagert sind, denen jeweils ein Antriebsmotor 18 bzw. 19 zugeordnet ist. Die Antriebsmotoren 18, 19 sind am Fahrwerk 12 gehalten und stehen über Steuerleitungen 21 bzw. 22 mit einer Steuereinheit 24 sowie mit an sich bekannten, in der Zeichnung nicht dargestellten elektrischen Batterien in elektrischer Verbindung. Die Antriebsräder 14, 16 und die zugeordneten Antriebsmotoren 18 bzw. 19 bilden eine Antriebseinheit des Bodenreinigungsgerätes 10.
Unterseitig weist das Fahrwerk 12 eine Schmutzeintrittsöffnung auf, an der eine quer zur Hauptbewegungsrichtung 26 des Bodenreinigungsgerätes 10 ausgerichtete Bürstenwalze 28 mit einer Vielzahl von radial ausgerichteten Bürsten 29 drehbar gehalten ist. Mittels der Bürsten 29 kann von einer zu reinigenden Bodenfläche 30 Schmutz aufgenommen und in einen Schmutzsammelbehälter überführt werden, der von einem Deckel 32 des Bodenreinigungsgerätes 10 überdeckt ist. Der an sich bekannte und deshalb in der Zeichnung nicht dargestellte Schmutzbehälter steht mit einem dem Fachmann ebenfalls bekannten und daher in der Zeichnung nicht dargestellten Saugaggregat in Strömungsverbindung, mit dessen Hilfe im Bereich der der Bürstenwalze 28 benachbarten Schmutzeintrittsöffnung eine Saugströmung in Richtung auf den Schmutzbehälter erzeugt werden kann. Mittels der Saugströmung wird die Aufnahme von Schmutz von der Bodenfläche 30 unterstützt. Die Bürstenwalze 28 bildet in Kombination mit dem Saugaggregat eine in Figur 2 blockschaltartig dargestellte Bodenreinigungseinheit 34, die über Steuerleitungen 35 mit der Steuereinheit 24 gekoppelt ist.
Das Fahrwerk ist in Umfangsrichtung vollständig von einem Hinderniserkennungsfühler in Form eines Tastringes 37 umgeben, der in an sich bekannter und deshalb in der Zeichnung nicht dargestellter Weise mit mindestens einem Hallsensor gekoppelt und schwimmend gelagert ist. Mittels des zugeordneten Hallsensors kann eine Relativbewegung des Tastringes 37 bezogen auf das Fahrwerk 12 erkannt werden. Eine derartige Relativbewegung ergibt sich beim Auftreffen des Bodenreinigungsgerätes 10 auf ein Hindernis. Tritt eine derartige Relativbewegung auf, so wird ein Hinderniserkennungssignal generiert und über eine Signalleitung 38 an die Steuereinheit 24 übertragen. Aufgrund des Hinderniserkennungssignals kann von der Steuereinheit 24 zur Umgehung des Hindernisses eine Fahrtrichtungsänderung durchgeführt werden, indem die Antriebsmotoren 18, 19 zu einer Richtungsänderung angesteuert werden.
Seitlich ist am Deckel 32 ein Abstandssensor in Form einer Infrarotsende/Empfangseinheit 40 angeordnet, die über eine Signalleitung 41 mit der Steuereinheit 24 verbunden ist. Von der Infrarot-Sende/Empfangseinheit 40 wird der Steuereinheit 24 ein Abstandssignal bereitgestellt, so daß die Steuereinheit 24 das Bodenreinigungsgerät 10 zu einer Fahrt mit gleichbleibendem Abstand zu einem Hindernis, insbesondere zu einer die Bodenfläche 30 begrenzenden Wand, steuern kann.
Den Antriebsrädern 14, 16 ist jeweils ein Encoder 43 bzw. 44 zugeordnet, der die Umdrehungen des jeweiligen Antriebsrades 14 bzw. 16 erfaßt und der Steuereinheit 24 jeweils über eine Signalleitung 45 bzw. 46 ein Encoder-Signal bereitstellt. Die Steuereinheit 24 weist ein Rechenglied 48 auf, dem die Encodersignale zugeführt werden und das aus diesen die vom Bodenreinigungsgerät 10 zurückgelegte Wegstrecke sowie etwaige Richtungsänderungen ermittelt. Richtungsänderungen können hierbei aufgrund der unterschiedlichen Umdrehungszahlen der beiden Antriebsräder 14 und 16 auf einfache Weise erkannt werden. Auftretende Richtungsänderungen, d. h. der Winkel, um den sich die Fahrtrichtung jeweils ändert, und deren jeweilige Abstände zueinander können in einem ersten Speicherglied 50 der Steuereinheit 24 abgespeichert werden.
In einem zweiten Speicherglied 52 der Steuereinheit 24 können mehrere Fortbewegungsmuster gespeichert werden, die wahlweise zur Steuerung der Bewegung des Bodenreinigungsgerätes 10 herangezogen werden können. So können beispielsweise spiralförmige, mäanderförmige, schlangenlinienförmige und fächerförmige Fahrtrichtungsverläufe als Fortbewegungsmuster im Speicherglied 52 gespeichert werden. Wie nachfolgend erläutert, kommen derartige Fortbewegungsmuster zum Befahren eines Teilsegmentes der zu reinigenden Bodenfläche 30 zum Einsatz.
Die Steuereinheit 24 weist ein Lokalisierungsglied 54 auf, mit dessen Hilfe eine Selbstlokalisierung des Bodenreinigungsgerätes 10 durchgeführt werden kann. Das Lokalisierungsglied 54 steht hierbei mit dem ersten Speicherglied 50 in elektrischer Verbindung sowie mit dem Rechenglied 48. Wie nachfolgend noch näher erläutert wird, können bei einer Wandverfolgungsfahrt auftretende Richtungsänderungen mit im ersten Speicherglied 50 abgespeicherten Richtungsänderungen und deren jeweiligen Abständen verglichen werden. Die Abfolge derartiger Richtungsänderungen ermöglicht es dem Lokalisierungsglied 54, die Lage des Bodenbearbeitungsgerätes 10 zu erkennen.
Während einer Reinigungsfahrt des Bodenreinigungsgerätes 10, wie sie in den Figuren 3 und 4 schematisch dargestellt ist, fährt das Bodenreinigungsgerät 10, ausgehend von einem beliebigen Startpunkt 60 zunächst in eine beliebige Richtung, bis es auf eine die Bodenfläche 30 begrenzende Wand 61 auftrifft. Anschließend fährt es in gleichbleibendem Abstand an den die Bodenfläche 30 begrenzenden Wänden entlang, im vorgegebenen Ausführungsbeispiel fährt es also an den Wänden 61 bis 68 entlang, die die Bodenfläche 30 in Umfangsrichtung begrenzen. Ausgehend von der Wand 61 fährt es zunächst in Richtung auf die Wand 62. Beim Auftreffen auf die Wand 61 führt das Bodenreinigungsgerät 30 eine erste Richtungsänderung a durch, fährt dann an der Wand 62 entlang bis es auf die Wand 63 trifft und dort eine zweite Richtungsänderung b durchführt, um in Höhe der Wand 64 eine weitere Richtungsänderung c durchzuführen. Es fährt anschließend an der Wand 64 entlang bis es auf die Wand 65 trifft und dort eine weitere Richtungsänderung d durchführt. Nach seiner Fahrt parallel zur Wand 65 trifft es auf die Wand 66, wobei es eine weitere Richtungsänderung e durchführt, und beim anschliessenden Auftreffen auf die Wand 67 führt es eine Richtungsänderung f durch, an der sich in Höhe der Wand 68 eine weitere Richtungsänderung g anschließt. Schließlich trifft das Bodenreinigungsgerät 10 erneut auf die Wand 61, wobei es eine Richtungsänderung h durchführt, um dann wieder parallel zur Wand 61 zu fahren, bis es wieder auf die Wand 62 auftrifft. Die jeweiligen Richtungsänderungen a bis h werden in Form der jeweiligen Winkel, um die sich die Fahrtrichtungen ändern, im ersten Speicherglied 50 abgespeichert zusammen mit den jeweiligen Abständen, die sich zwischen den jeweiligen Richtungsänderungen a bis h einstellen.
Die anfängliche Wandverfolgungsfahrt wird vom Bodenreinigungsgerät 10 solange durchgeführt, bis es nach dem vollständigen Umfahren der Bodenfläche 30 aufgrund der sich dann bei der weiteren Wandverfolgung wiederholenden Richtungsänderungen a, b und c erkennt, daß es die Bodenfläche 30 vollständig umfahren hat.
Aus den Informationen über die vorgenommenen Richtungsänderungen a bis h und den jeweiligen Abstandsinformationen wird anschließend vom Rechenglied 48 die Kontur der Bodenfläche 30 bestimmt. Daraufhin wird die Bodenfläche 30 wabenförmig segmentiert, wie dies in Figur 4 dargestellt ist, indem die Bodenfläche 30 in Teilsegmente 70 unterteilt wird, die die Bodenfläche 30 in ihrer Gesamtheit vollständig überdecken. Die Teilsegmente70 können sich hierbei gegenseitig überlappen, dies ist in Figur 4 zur Erzielung einer besseren Übersicht nicht dargestellt.
Nach Abschluß der anfänglichen Wandverfolgungsfahrt und nach der Bestimmung der Kontur der Bodenfläche 30 und deren Segmentierung wird vom Bodenreinigungsgerät 10 zunächst ein erstes Teilsegment 70 unter Heranziehung eines im zweiten Speicherglied 52 abgespeicherten vorgegebenen Fahrtrichtungsverlaufes befahren und flächendeckend gereinigt. Hierbei kann beispielsweise ein spiralförmiger Fahrtrichtungsverlauf zum Einsatz kommen, wie er aus Figur 4 ersichtlich ist. Gegebenenfalls auftretende Hindernisse werden umfahren, dies ist in Figur 4 zur Erzielung einer besseren Übersicht nicht dargestellt.
Innerhalb eines Teilsegmentes 70 erfolgt die Lokalisierung des Bodenreinigungsgerätes 10 mittels der Encoder 43 und 44, d. h. die Positionsbestimmung innerhalb eines Teilsegmentes 70 erfolgt odometrisch anhand der von den Antriebsrädern 14 und 16 zurückgelegten Wegstrecke und der auftretenden Richtungsänderungen. Diese Lokalisierung ist allerdings mit einem nicht unbeträchtlichen Fehler verbunden. Das Bodenreinigungsgerät 10 führt deshalb nach der flächendeckenden Reinigung eines ersten Teilsegmentes 70 erneut eine Wandverfolgungsfahrt durch, wie sie in Figur 4 dargestellt ist, wobei hierbei auftretenden Richtungsänderungen d', e', f vom Lokalisierungsglied 54 mit den bereits im ersten Speicherglied 50 abgespeicherten Richtungsänderungen verglichen werden. Hierbei erkennt das Lokalisierungsglied, daß die Richtungsänderungen d', e' und f' und deren jeweilige Abstände mit den entsprechenden Richtungsänderungen d, e und f bzw. deren Abstände identisch sind, die während der anfänglichen Wandverfolgungsfahrt erfaßt wurden. Aus der Abfolge der nach der Bearbeitung eines Teilsegmentes erfaßten Richtungsänderungen kann somit das Bodenreinigungsgerät 10 auf konstruktiv einfache Weise seine absolute Lage bestimmen, so daß anschließend ein noch nicht bearbeitetes Teilsegment 70 befahren und flächendeckend gereinigt werden kann. An die Reinigung des zweiten Teilsegmentes schließt sich dann erneut eine Selbstlokalisierung unter Zuhilfenahme der als Referenzpunkte dienenden, während der ersten Wandverfolgungsfahrt abgespeicherten Richtungsänderungen an. Auf diese Weise kann innerhalb verhältnismäßig kurzer Zeit die Bodenfläche 30 flächendeckend gereinigt werden, wobei eine mehrmalige Bearbeitung von Teilsegmenten vermieden wird.

Claims (21)

  1. Verfahren zur Steuerung der Bewegung eines mobilen Bodenbearbeitungsgerätes, wobei das Bodenbearbeitungsgerät selbstfahrend und selbstlenkend ausgestaltet ist und eine Bodenbearbeitungseinheit, eine Antriebseinheit und eine Steuereinheit zum Steuern der Bewegung des Bodenbearbeitungsgerätes aufweist, wobei der Steuereinheit zumindest ein Fühler zugeordnet ist zum Erkennen von Hindernissen und wobei der Steuereinheit zumindest ein Fortbewegungsmuster zum Befahren der zu bearbeitenden Bodenfläche vorgebbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß man das Bodenbearbeitungsgerät mit Sensoren zum Erfassen der Außenkontur der zu bearbeitenden Bodenfläche ausstattet und die Außenkontur der Bodenfläche erfaßt, die Bodenfläche dann in einzelne Teilsegmente unterteilt und diese nacheinander anhand eines vorgegebenen Fortbewegungsmusters bearbeitet, wobei man nach der Bearbeitung von einem oder von mehreren Teilsegmenten die Lage des Bodenbearbeitungsgerätes anhand von einem oder mehreren Referenzpunkten ermittelt, die man aus den Sensordaten der die Außenkontur erfassenden Sensoren bestimmt.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die Bodenfläche in einander überlappende Teilsegmente unterteilt.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man die Form der Teilsegmente an die Außenkontur der Bodenfläche anpaßt.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß man die Form der Teilsegmente an ein vorgegebenes Fortbewegungsmuster anpaßt.
  5. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß man die Bodenfläche in wabenförmige Teilsegmente unterteilt.
  6. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß man zum Befahren eines Teilsegmentes die innerhalb des Teilsegmentes zurückgelegte Wegstrecke sowie die durchgeführten Richtungsänderungen erfaßt und zur Navigation des Bodenbearbeitungsgerätes innerhalb des Teilsegmentes heranzieht.
  7. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß man das Bodenbearbeitungsgerät zur Bestimmung der Außenkontur der Bodenfläche an den die Bodenfläche begrenzenden Wänden entlang fährt und während der Fahrt mittels der Sensoren gewonnene Sensordaten, die mit der Außenkontur der Bodenfläche korrelieren, weg- und/oder zeitabhängig in einem Speicherglied abspeichert.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß man während der Fahrt an den die Bodenfläche begrenzenden Wänden entlang die zurückgelegte Wegstrecke und die durchgeführten Richtungsänderungen abspeichert.
  9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß man während der Fahrt an den die Bodenfläche begrenzenden Wänden entlang den Abstand des Bodenbearbeitungsgerätes zu der jeweiligen Wand erfaßt und die so gewonnenen Abstandsdaten zeitabhängig abspeichert.
  10. Verfahren nach Anspruch 7, 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß man zur Bestimmung von Referenzpunkten der Außenkontur der Bodenfläche aus den während der Fahrt des Bodenbearbeitungsgerätes entlang der die Bodenfläche begrenzenden Wände gewonnenen Sensordaten einzelne oder mehrere Sensordaten extrahiert.
  11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß man zur Bestimmung von Referenzpunkten durchgeführte Richtungsänderungen des Bodenbearbeitungsgerätes extrahiert.
  12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, daß man zur Bestimmung von Referenzpunkten einzelne oder mehrere Abstandsdaten extrahiert, die von einem den Abstand des Bodenbearbeitungsgerätes erfassenden Sensor bereitgestellt werden.
  13. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß man nach der Bearbeitung von einem oder von mehreren Teilsegmenten das Bodenbearbeitungsgerät erneut entlang von einer oder von mehreren die Bodenfläche begrenzenden Wänden verfährt und die Lage des Bodenbearbeitungsgerätes aus dem Vergleich von während einer anfänglichen Wandverfolgungsfahrt gewonnenen Sensordaten mit nach der Bearbeitung von mindestens einem Teilsegment gewonnenen Sensordaten bestimmt.
  14. Selbstfahrendes und selbststeuerndes Bodenbearbeitungsgerät zur Durchführung des Verfahrens nach einem der voranstehenden Ansprüche, mit einer Bodenbearbeitungseinheit, einer Antriebseinheit und einer Steuereinheit zum Steuern der Bewegung des Bodenbearbeitungsgerätes, wobei der Steuereinheit zumindest ein Fühler zugeordnet ist zum Erkennen von Hindernissen und wobei der Steuereinheit zumindest ein Fortbewegungsmuster zum Befahren der zu bearbeitenden Bodenfläche vorgebbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Bodenbearbeitungsgerät (10) Sensoren (43, 44) zum Erfassen der Außenkontur der Bodenfläche (30) aufweist, daß mittels der Steuereinheit (24) die Bodenfläche (30) in Teilsegmente (70) segmentierbar und die Teilsegmente (70) nacheinander anhand eines vorgegebenen Fortbewegungsmusters befahrbar und bearbeitbar sind, und daß das Bodenbearbeitungsgerät (10) ein Lokalisierungsglied (54) umfaßt zum Bestimmen der Lage des Bodenbearbeitungsgerätes (10) anhand von einem oder mehreren Referenzpunkten (d, e, f), die aus den Sensordaten der die Außenkontur erfassenden Sensoren (43, 44) bestimmbar sind.
  15. Bodenbearbeitungsgerät nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinheit (24) ein Speicherglied (52) zum Abspeichern mehrerer Fortbewegungsmuster umfaßt, wobei in Abhängigkeit von der erfaßten Außenkontur der Bodenfläche (30) und/oder der Form der Teilsegmente (70) ein bestimmtes Fortbewegungsmuster selbsttätig auswählbar ist.
  16. Bodenbearbeitungsgerät nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Bodenbearbeitungsgerät (10) zum Erfassen der Außenkontur der Bodenfläche (30) zumindest einen berührungslosen Abstandssensor (40) umfaßt zur Ermittlung eines Abstandes, den das Bodenbearbeitungsgerät (10) zu die Bodenfläche begrenzenden Wänden (61 bis 68) einnimmt.
  17. Bodenbearbeitungsgerät nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß das Bodenbearbeitungsgerät (10) jeweils einem Antriebsrad (14, 16) zugeordnete Encoder (43, 44) zur Ermittlung der Anzahl der Umdrehungen der Antriebsräder (14, 16) aufweist.
  18. Bodenbearbeitungsgerät nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstandssensor (40) einen Infrarotsensor und einen Infrarotempfänger umfaßt.
  19. Bodenbearbeitungsgerät nach Anspruch 16, 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstandssensor eine Radareinheit, einen Ultraschallsensor und/oder einen Lasersensor umfaßt.
  20. Bodenbearbeitungsgerät nach einem der Ansprüche 14 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Lage des Bodenbearbeitungsgerätes (10) mittels des Lokalisierungsgliedes (54) aus dem Vergleich von während einer anfänglichen Wandverfolgungsfahrt gewonnenen Sensordaten mit nach der Bearbeitung von zumindest einem Teilsegment (70) gewonnenen Sensordaten bestimmbar ist.
  21. Bodenbearbeitungsgerät nach einem der Ansprüche 14 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß das Bodenbearbeitungsgerät als mobiles Bodenreinigungsgerät (10) ausgebildet ist.
EP04029405A 2004-01-22 2004-12-11 Bodenbearbeitungsgerät sowie Verfahren zu dessen Steuerung Withdrawn EP1557730A1 (de)

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